推动稀土永磁材料与风电产业协同创新发展

李燕秀/文

随着我国“双碳”战略推动并实施，我国稀土及风电产业发展将面临新的机遇和挑战。如何更加充分利用丰富的稀土及风能资源优势，助力我国稀土及风电产业协同创新、融合发展，是当下亟待研究的重要课题。

面对风电机组大型化和海上风电快速发展等新形势，为进一步推动稀土永磁材料在风电中的应用，推动稀土功能及结构材料与风电产业融合发展，中国可再生能源学会、中国稀土学会、内蒙古自治区科学技术协会组织稀土永磁与风电协同创新技术专题研讨在包头市召开。国内稀土永磁材料、风电领域的众多专家学者齐聚一堂，共同探讨稀土永磁及风电产业协同创新发展。

来自明阳智慧能源集团总工程师贺小兵对当前风电行业发展现状及趋势进行深入分析，并围绕当前全球风机装机容量、技术路线、产业前景等方面进行详细介绍。据其介绍，2021年全球风电累计装机量已达到837 GW（来源GWEC 数据），亚洲的风电装机总量位居世界之首，我国装机总量为世界第一，占比为40.40%。就我国风力发电省市分布情况，风力发电设备主要集中在地势平坦且开阔、风力资源丰富且远离城市的区域，内蒙古、河北和新疆等地是我国风能产业的优势区域，叠加地方政策鼓励，已经成为我国主要风电装机省份。其中，内蒙古风电装机容量最大，为3996 万千瓦时。当今世界正处于能源转型期间，我国在新能源发展领域一直处于发展前列。我国计划在2030年前实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”，其中新能源应用中20%以上来自可再生能源。太阳能和风能将是新能源发展的两个主要方向，所以，大力发展风力发电技术势在必行。

图1 2021年风电装机量排名前十的国家

与其他电机相比，稀土永磁电机具有显著优势，在风电行业中得到了广泛的应用。据中国风能协会统计，仅2020年风电用钕铁硼磁体用量就达到1.3万吨，占我国钕铁硼总量的7.9%。我国风电累计装机容量排名前四的公司分别为金风科技、华锐风电、联合动力和东方电气公司。金风科技领行中国风电直驱技术，截至2021年，其累计装机容量接近7000 万千瓦，占国内市场的21.4%。

图2 2021年国内风电装机容量市场占比

金风科技股份有限公司高级工程师张世福介绍了稀土永磁在大型风力发电机中的研究与应用情况，并结合风力发电机的特点，对风电用稀土永磁材料的特性提出了要求。由于风电机组的应用环境温度范围宽（-30℃～45℃）、需要应对的天气变化多，对永磁体的耐温、抗腐蚀和机械性能提出较高要求。随着相关企业和科研单位的不断探索，可以看出，自2005年首次在新疆达坂城建立首台1.2MW 直驱永磁发电装机以来，我国的风力发电电机设计方法、制造工艺和运行质量一直处于快速发展水平，截至目前，我国的风力电机技术已经处于国际领先水平。

风力发电机组传动链结构按照直驱、半直驱和齿轮箱发电机分为直接传动、混合传动和增速传动三种。这三种结构的核心都是永磁发电机，而提高永磁电机的关键技术就在于提高磁体磁性能。中国钢铁研究总院的朱明刚教授作了稀土永磁材料产业发展及应用概况详细说明。在当前稀土镨钕金属价格持续上涨的情况下，钢铁研究总院联合供应商开发了新型高效无镝永磁体并实现了产业化，实现永磁体降本10%以上。另一方面，联合烟台正海和金力永磁等磁材公司成功开发国内首台1.5 MW 大型铈磁体风力发电机，并装机运行验证成功。朱明刚教授开发的双合金法在提高磁体性能方面也取得了巨大进步，双主相工艺可以改善永磁材料成分分布和结构，在保证剩磁的情况下有效提高矫顽力。过去，每兆台大型风机大约需要用1.2～1.5 吨稀土磁体，而现在，基本降到了0.6～0.75 吨。所以，钕铁硼制备技术仍是产业研发的重点。今后的技术方向：一是进一步提高磁性能、产品的一致性和稳定性；另一方面就是通过技术创新提高生产效率、降低成本。

图3 风力发电原理

包头市是全球最重要的稀土资源地之一，也是我国风能资源富集、开发利用最早的区域之一。2021年包头市入选“科创中国”首批试点城市。此次专题研讨依托包头市稀土、风能资源优势和“科创中国”试点城市平台，研判发展、启迪创新、集思广益，共同为稀土材料在风电行业的加速创新应用，为落实“双碳”目标贡献力量；增强了稀土永磁与风电产业的沟通互动，推进稀土永磁材料从设计、研发、制造到应用全过程的融合贯通，促进产业链间衔接配合，有助于推动稀土永磁材料与风电产业协同创新、高质量发展。